Arhīva ekspertu saturs: teksts un skenētās formulas saglabā vēsturisko teorētisko izklāstu, bet nav ģeotehniskais pētījums, atbalsta sienas projekts, stabilitātes aprēķins, esošas sienas novērtējums, rakšanas plāns vai izpildes instrukcija. Zemes un ūdens spiediens ir atkarīgs no konkrētās augsnes, slāņojuma, blīvēšanas, drenāžas, gruntsūdeņiem, ģeometrijas, sienu kustības, papildu slodzēm, sala un seismiskās iedarbības. Katram reālam gadījumam ir nepieciešams izmeklēšanas darbs, laboratorijas dati, spēkā esošie standarti un kopīga pārbaude, ko veic pilnvarots ģeotehniskais un būvinženieris.
Mūsdienās Savo Kusić koncentrējas uz koka logiem, koka-alumīnija logi, pielāgoti logi, durvis un piedāvājuma pieprasījumi. Šis raksts paliek vēstures arhīvs un neatspoguļo ģeotehniskās projektēšanas, aprēķina vai atbalsta sienu būvniecības piedāvājumu.
Zemes spiediens uz atbalsta sienām
Zemes masa, ko atbalsta atbalsta siena, izdara uz to spiedienu, tiecoties to virzīt uz priekšu (1a) vai stumt (1b att.). Zemes spiediena lielums E ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, tostarp svarīgākajām augsnes fizikālajām īpašībām, sienas deformācijas, augsnes mitruma un gruntsūdeņu stāvokļa, sienas augstuma, ārējās slodzes un sienas iekšējās virsmas raupjuma.
_Attēls1— atbalsta sienas translācijas kustība un rotācija.
Zemes spiediens miera stāvoklī
Ja atbalsta siena ir stingra un nekustīga, spiedienu, kas uz to iedarbojas, sauc par zemes spiedienu miera stāvoklī un apzīmē ar E0. Tieši šāds spiediens valda neskartā augsnē novērotajā dziļumā, augsnes paša svara un, iespējams, iepriekš erodēto slāņu priekšslodzes ietekmē. Zemes spiediens miera stāvoklī ir reti sastopams un rodas tikai atsevišķos gadījumos, piemēram, ar atbalsta sienām, kas ir ierīkotas cietā klintī, pēc tam ar slēgtiem tuneļu un cauruļu profiliem un ar masīviem dokiem, kas ir pilnīgi nekustīgi (att.2).
Attēls2— zemes spiediens uz masīva doka.
Aktīvs zemes spiediens
Ja nesošā siena spiediena E ietekmē virzās uz priekšu vai griežas ap pēdas punktu A, vai kādu zemāku punktu, kas saspiežamā augsnē ir regulāri gadījumi, izņemot iepriekš minētās slēgtās un masīvās konstrukcijas, tad zemes masa aiz sienas izplešas. Ja sienas kustība ir pietiekami liela, daļa grunts aiz sienas, prizma ABCA, tiek nolauzta un noslīd pa slīdvirsmu AC (att.2). Spiedienu, ko slīdošā prizma iedarbojas uz atbalsta sienu, sauc par aktīvo zemes spiedienu un apzīmē ar Ea. Šis spiediens ir ievērojami zemāks par spiedienu miera stāvoklī, apm0,5uz0,7_E0_. Sakarā ar zemes prizmas ABCA slīdēšanu gar izveidoto slīdvirsmu AC tiek aktivizēti bīdes spriegumi τ, kas iebilst pret slīdēšanu un samazina zemes spiedienu. Brīdī, kad prizma ABCA sāk slīdēt, bīdes spriegumi τ sasniedz vislielāko vērtību, kas nozīmē, ka tajā brīdī aktīvā zemes spiediena vērtība E ir vismazākā. Tāpēc Ea ir zemējuma spiediena apakšējā robežvērtība.
Terzagi zemes spiediena testi ar smilšu materiālu uz sienas augstumā h=1,50 mparādīja, ka, lai sasniegtu aktīvā zemes spiediena Ea apakšējo robežvērtību, sienas vidējā horizontālā nobīde Δl_5/10.000sienas augstums vai sienas augšdaļas rotācija Δl no1/5.000_h ap kāju A.
Pasīvais zemes spiediens
Ja piespiedīsim sienu no ārpuses uz augsnes iekšpusi (3 att.), siena pārvietosies atpakaļ un augsne sablīvēsies. Sienas kustībai sasniedzot noteiktu vērtību Δl, no zemes atdalīsies māla prizma ABCA, kuru tālākā ārējā spēka ietekmē bīdāmā virsma AC bīdīs uz augšu. Pretestība, ko augsne nodrošina pret ārējā spēka iedarbību prizmas ABCA atdalīšanas brīdī, ir pasīvais zemes spiediens Ep. Tā ir augstākā augšējā robežvērtība, ko var sasniegt zemes spiediens.
Zemes spiedienu miera stāvoklī nosaka eksperimentāli, savukārt aktīvo un pasīvo zemes spiedienu var noteikt skaitļošanas veidā, izmantojot analītiskās vai grafiskās metodes un pamatojoties uz zināšanām par augsnes fizikālajām īpašībām, ko parasti nosaka ar laboratorijas līdzekļiem.
Attēls 3 — pasīvais zemes spiediens un slīdošā prizma.
Svarīgi lietošanai: aktīvais, pasīvais un dīkstāves stāvoklis netiek atlasīts tikai pēc struktūras nosaukuma. Jāpierāda pieļaujamā sienas nobīde, efektīvie spriegumi, nosusināti vai nenosusināti apstākļi, gruntsūdeņu līmenis un izmaiņas, papildu slodzes un iespējamās augsnes zuduma iespējas sienas priekšā. Nepareiza spiediena stāvokļa izvēle var apdraudēt stabilitāti pret slīdēšanu, apgāšanos, augsnes nestspēju un sienas izturību.
Miera spiediena koeficienta noteikšana K0
Gadījumā, kad atbalsta siena ir pakļauta statiskā spiediena iedarbībai, balsta sienas izmēru noteikšanai ir jāizmanto statiskais spiediens E0, kas ir lielāks par aktīvo spiedienu uz zemi. Tās izmērs ir starp aktīvā un pasīvā zemes spiedienu atkarībā no augsnes veida un tās sablīvēšanās.
Dziļumā t zem zemes virsmas vertikālais spiediens no pašas augsnes svara ir σt = γ·t. Ja nav iespējama augsnes sānu izplešanās, dziļumā t iedarbojas horizontālais spiediens σh = γ·t·K0, kur K0 = σh/σt.
K0 ir miera spiediens. Miera spiediena koeficientu var noteikt ar triaksiālo testu šādā veidā.
Netraucētas augsnes paraugs, kas ņemts no miera spiediena dziļuma, tiek ievietots triaksiālajā aparātā, kur sānu spiediens σ3, pieliekot vertikālu slodzi σ1, tiek noregulēts tā, lai nenotiktu sānu deformācija, t.i., parauga sānu deformācija būtu vienāda ar nulli. Efektīvo spriegumu σ’1 un σ’3 vērtības tiek piemērotas diagrammai σ’1 – σ’3 (att. 4), kura ir iegūtās slīpuma taisnes taisne, un nosaka vērtību K0 = σ’3/σ’1.
Attēls 4 — miera spiediena koeficienta K__0 noteikšana ar triaksiālo testu.
Saskaņā ar Petermanu, miera spiediena koeficienta aptuvenās vērtības ir
blietētām smiltīm K0 = 0,40 – 0,45
birstošām smiltīm K0 = 0,45 – 0,50
māliem K0 = 0,60 – 0,75
Laboratorijas vērtības: tālāk norādītie aptuvenie diapazoni ir daļa no sākotnējā teksta, taču tie neaizstāj reprezentatīvu paraugu, ģeoloģiskā modeļa un projektēto vērtību testēšanu. Formulu, apakšindeksu un apostrofu OCR apzīmējumi ir jāsalīdzina ar autoritatīvu avotu pirms aprēķina.
Aktīvā zemes spiediena noteikšanas metodes — Kulona teorija
Kulons pirmais publicēja zemes spiediena teoriju (1770. gads), pamatojoties uz lauka pieredzi. Viņš paskatījās uz atbalsta sienu, kas atbalsta irdeno augsni. Vienā brīdī viņš noņēma sienu, līdz ar to zemes masa slīdēja pa slīdvirsmu AC, kas bija slīpi leņķī a ar horizontāli (att. 5). Slīdošās zemes prizmas ABC svars W, ko ierobežo reljefa virsma BC, slīdvirsma AC un balsta siena AB, vienlaikus iedarbojas uz atbalsta sienu un uz slīdvirsmu. Aktīvā zemes spiediena Ea lielumu noteica Kulons, izmantojot šādus divus pieņēmumus:
-
ka bīdāmā virsma ir reāla virsma;
-
ka trīs iedarbīgie spēki: slīdošās prizmas svars W, nesošās sienas pretestība Ea un berzes pretestība Q gar slīdvirsmu AC krustojas vienā punktā, kas nozīmē, ka spēku plakne ir slēgta. Saskaņā ar šo pieņēmumu robežlīdzsvara stāvoklī svaru W vienlaikus atceļ nesošās sienas pretestība Ea un berzes pretestība Q gar slīdvirsmu.
Attēls 5 — aktīvā zemes spiediena noteikšana saskaņā ar Kulona teoriju.
Iepriekšējie pieņēmumi neatbilst realitātei. Bīdāmā virsma nav taisna, bet izliekta virsma. Trīs darbojošos spēku krustpunkts pastāv tikai vienā gadījumā, kad reljefa virsma aiz sienas ir horizontāla, sienas iekšējā virsma ir vertikāla un spēka virziens Ea ir horizontāls, savukārt pārējos gadījumos tā nav. Tomēr, neskatoties uz šīm novirzēm, aktīvā zemes spiediena noteikšana joprojām balstās uz Kulona teoriju, jo tā ir izrādījusies praktiski lietojama daudzos gadījumos.
Lai noteiktu aktīvās zemes spiedienu, Ea Kulons pieņēma, ka zemes masas W svara ietekmes dēļ ir notikusi nesošās sienas kustība un aktīvā zemes spiediena prizmas ABC veidošanās. Pieņemot, ka augsnes iekšējā pretestība sastāv tikai no berzes. Kulons sadala svaru W divās sastāvdaļās, no kurām vienu aktīvā zemes spiediena spēka Ea virzienā, otru virzienā uz izrietošo berzes pretestību Q gar slīdošo virsmu (att.5b). To darot, Kulons turklāt pieņem, ka komponents darbojas iekšējās berzes leņķī ar normālu pret slīdvirsmu AC un ka komponents Ea darbojas novirzes leņķī δ ar normālu pret sienas iekšējo virsmu AB. Spēku W nosaka virziens, lielums un virziens.
Dotai slīdvirsmai leņķī α ar horizontāli spēku W iegūst no zemes prizmas ABC virsmas garumam.1,0 mperpendikulāri plānam un tilpuma augsnes svaram γ, W=AΔABC x1,00x γ. Spēki Ea un Q ir zināmi pēc virziena. Pamatojoties uz spēku plānu (Zīm.5b) un sinusa teorēma, kas mums ir:
_Attēls6— iedarbīgo spēku krustošanās gadījums vienā punktā.
Šis raksts ir pareizs tikai tad, ja reljefs ir horizontāls (v=0), sienas iekšējā virsma ir vertikāla (θ=0) un spēka virziens Ea horizontāls (δ=0) t.i., kad siena ir pilnīgi gluda (att.6).
Šim īpašajam tā sauktajam Rankine gadījumam mums ir:
Svars W šajā gadījumā ir W =0.5·γ·h_2/tg_α, kur γ ir augsnes tilpuma svars.
Ja Ea vienādojumā ievadām priekšējo vērtību, mēs iegūstam:
Iepriekšējais vienādojums attiecas uz patvaļīgu bīdāmo virsmu AC. Taču ir jānosaka spēks Ea kritiskajai slīdvirsmai, t.i., tai, uz kuras slīdēšana ir visdrīzāk. Tā būs virsma, kas dod augstāko aktīvā zemes spiediena vērtību max Ea.
Noteiktam sienas augstumam H un pieņemtajam nemainīgajam iekšējās berzes leņķim ϕ aktīvā zemes spiediena vērtība mainās atkarībā no slīdošās virsmas slīpuma leņķa α pret horizontāli. Maksimālā vērtība Ea tiks iegūta, ja Ea diferencēsim ar α un diferenciāli iestatīsim vienādu ar nulli:
Formula nav kalkulators: skenētajiem vienādojumiem var būt nesalasāmi eksponenti, indeksi, leņķi un zīmes. Tie netiek kopēti projektā bez salīdzināšanas ar uzticamu ekspertu avotu, vienību pārbaudes, modeļa pieņēmumiem un neatkarīgu rezultātu kontroli. Aprēķinos jāiekļauj ūdens, drenāža, slodzes gar sienas vainagu, seismiskā iedarbība un visi attiecīgie robežgadījumi.
Leņķu ϕ un δ
Iekšējās berzes leņķi ϕ nosaka laboratorijā. Tās lielums ir atkarīgs no augsnes veida, mitruma un blīvējuma. Dažiem augsnes veidiem leņķa ϕ vērtība parasti ir robežās, kas norādītas tabulā 1.
Tabula 1 — aptuvenās iekšējās berzes leņķa ϕ vērtības noteiktiem augsnes veidiem.
Spēka Ea novirzes leņķis δ no normālās uz sienas iekšējo virsmu ir atkarīgs no sienas un aiz tās esošās grunts deformācijas un no sienas iekšējās virsmas raupjuma. Ja grunts iesēdums ir lielāks par sienas iesēdumu, kas ir visizplatītākais gadījums, tad leņķis δ ir pozitīvs, berze starp sienu un zemi darbojas uz augšu. Ja sienas nosēdums ir lielāks par zemes nosēdumu, kas ir izņēmuma gadījums, tad leņķis δ ir negatīvs, berzei starp sienu un zemi iedarbojoties uz leju. Leņķa δ robežvērtības ir paredzētas pilnīgi gludai sienas virsmai δ=0, pilnīgi raupjai δ=ϕ. Kopumā tiek pieņemts δ=2/3_ϕ_ ar to, ka sienas augsne ir pastāvīgi aizsargāta no spēcīgas mitrināšanas. Ja augsne aiz sienas ir pakļauta spēcīgām zemestrīcēm, tiek izmantota δ=ϕ/2 un, ja tā ir ļoti mitra, δ=0.
Leņķu projektētās vērtības: tabulas un aprakstošās vērtības ϕ un δ nav tieši piemērojamas konkrētai vietai. Parametru izvēlei jāatbilst augsnes veidam un stāvoklim, ieklāšanas un blīvēšanas metodei, drenāžai, paredzamajai sienas kustībai, saskares raupjumam un attiecīgajai projekta pieejai.
Zemes spiediena sadalījums aiz sienas un spēka uzbrukuma punkts Ea
Attēls7— zemes spiediena sadalījums atbalsta sienas rotācijas laikā ap pēdas punktu A.
Zemes spiediena sadalījums pa sienas iekšējo virsmu ir atkarīgs no nesošās sienas deformācijas, no augsnes virsmas formas aiz sienas un no sienas iekšējās virsmas formas.
Aktīvā zemes spiediena Ea uzbrukuma punkts ir atkarīgs no spiediena sadalījuma pa sienas iekšējo virsmu un no tās formas. Tas vienmēr atrodas spiediena diagrammas virsmas smaguma centra augstumā.
Kulons pieņēma, ka zemes spiediens aiz sienas palielinās lineāri ar dziļumu, tāpat kā ar ūdeni, tā saukto. zemes spiediena hidrostatiskais sadalījums (att.7). Tomēr hidrostatiskā spiediena sadalījums pastāv tikai gadījumā, kad siena griežas ap kāju A vai kādu zemāku punktu, bet visos citos gadījumos tā novirzās no tā.
Ja atbalsta siena griežas ap pēdas punktu A vai kādu zemāku punktu, augsne virzās uz leju (Zīm.7a), kur nav stumšanas uz augsnes iekšpusi. Šajā gadījumā augsnes slīdēšana notiek uz vismazākās pretestības M virsmām1C1, M2C2… paralēli slīdvirsmai AC, kas rodas, ja sienas rotācija ir pietiekami liela, lai veidotos slīdošā prizma ABCA.
Tāpēc šajā gadījumā spiediens palielinās proporcionāli dziļumam, t.i., zemes spiediena sadalījums ir saskaņā ar Kulona hidrostatisko. Aktīvās zemes spiediena diagramma tiks iegūta, pamatojoties uz zināšanām par spēku Ea un sienas augstumu h, jo spēks Ea ir vienāds ar spiediena diagrammas abc laukumu (Zīm.7b):
Ea=x·h/2, no kurienes x=2Ea/h,
tas ir, jo Ea = ½ γh2Ka, x = γhKa.
_Attēls8— zemes spiediena sadalījums, kad siena griežas ap augšējo B vai kādu augstāku punktu L.
Ja atbalsta siena griežas ap sienas augšdaļu B vai kādu augstāku punktu L (att.8a) augšējā daļā ir grūdiens uz augsnes iekšpusi, kas attiecīgi tiek stumts uz augšu pa vismazākās pretestības virsmām M1C1, M2C2…
Pie pietiekami lielas sienas rotācijas veidojas slīdvirsma AC, pa kuru slīdošā prizma ekstrūzijas laikā slīd uz leju. Augšējā daļā augsnes stumšanas dēļ rodas pasīvais zemes spiediens, kas ir ievērojami augstāks par aktīvo, un tajā daļā spiediena diagramma bd atbilst pasīvajam spiedienam Ep (att. 8b). Tā kā kopējais zemes spiediens Ea ir atkarīgs no zemes prizmas ABCA izmēra un ir vienāds ar spiediena diagrammas abe trīsstūrveida virsmu, šī diagramma turpmākajā gaitā samazināsies, līdz tās virsma kļūs vienāda ar trīsstūra virsmu abe. Faktiskā spiediena diagramma šajā gadījumā ir izliekta bc, ko nevar noteikt matemātiski. Taču diagrammas ac virsmas smaguma centrs S atrodas virs trīsstūrveida diagrammas virsmas smaguma centra, kas ir mazāk labvēlīgs atbalsta sienas stabilitātei, jo spēka Ea uzbrukuma punkts ir augstāks. Saskaņā ar Terzaghi teikto, tas atrodas pusē no atbalsta sienas augstuma.
Ja nesošā siena tiek virzīta uz priekšu translācijā (9a att.), spiediens, kas pirms kustības atbilda zemes spiedienam miera stāvoklī E0, samazinās, līdz ar to mazākas pretestības virsmas neparādās, bet, sienai pārvietojoties pietiekami lielai, pa kuru_AC_ veidojas slīdvirsma_AC_. uz leju. Tā kā kopējais spiediens ir vienāds ar spiediena diagrammas abe trīsstūra laukumu (att. 9b), spiediena diagramma turpmākajā gaitā samazināsies. Faktiskā spiediena diagramma ir izliekta līnija ac, ko nevar noteikt matemātiski. Pēc Terzagi domām, smaguma centrs S atrodas augstumā 0,40 – 0,45_h_.
Attēls 9 — zemes spiediena sadalījums atbalsta sienas translācijas kustības laikā uz priekšu.
Ņemot vērā zemes spiediena noteikšanas metodi kā galējo vērtību, kas ir lielākais aktīvajam un vismazākais pasīvajam, Kulona teorija tiek uzskatīta par ekstrēmu zemes spiediena noteikšanas metodi.
Nobeiguma inženiertehniskā piezīme: spiediena sadales un uzbrukuma punkts ir atkarīgs no faktiskā konstrukcijas deformācijas veida. Papildus zemes spiedienam, drenāžas un hidrostatiskajam spiedienam jāpārbauda globālā un iekšējā stabilitāte, slīdēšana, pārvietošanās, grunts nestspēja un nosēšanās, sienu un pamatu stiprība, erozija, izskalošanās, rakšanas fāzes un pagaidu stabilitāte. Esošas sienas stāvoklis, kurā redzama kustība, plaisas, izspiedums vai nekontrolēta ūdens noplūde, prasa tūlītēju profesionālu novērtējumu.